王文龙
（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068）
【摘要】随着产品小型化和多功能化的市场驱动，能满足高密度、多引脚的SMT（表面贴装技术）的应用越来越多。表面贴装后的印制板和元器件最终在回流炉的焊接中完成连接。本文针对回流焊接工艺中常见的焊接缺陷，分析了对回流焊焊接质量的影响因素，并对其中关键工艺进行了研究。
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关键词 SMT；回流焊；锡膏印刷；温度曲线
0引言
由于表面贴装组装件密度高、电子产品体积小、重量轻，贴片元件的体积和重量只有传统插装元件的1/10左右，一般采用表面贴装技术后，电子产品体积缩小40%~60%，重量减轻60%~80% 以上。因此表面贴装技术已越来越多地应用到各个领域。典型的SMT工艺分为三步：在印制板上涂覆焊膏——贴装元器件——回流焊接，每个步骤都必须严格控制，才能获得合格的产品质量。
回流焊后产品常见的质量缺陷有：桥连、锡珠、立碑、PCB板翘曲、印制板阻焊膜起泡、虚焊等。对桥连、锡珠、立碑和虚焊缺陷，在焊后的检查中发现，还可以修复，而如果出现PCB板翘曲、印制板起泡的缺陷，就很可能造成印制板及板上元器件的报废，会造成很大的经济和时间损失。
1影响回流焊焊接质量的主要因素
1.1PCB焊盘的设计
回流焊的焊接质量与PCB焊盘设计有直接的关系。如果PCB焊盘设计合理，贴装时少量的歪斜可以在回流焊时，由于熔融焊锡表面张力的作用而得到纠正；相反，如果PCB焊盘设计不合理，即使贴装位置十分准确，回流焊后反而会出现元件位置偏移、桥连等焊接缺陷。
１.２焊膏质量及焊膏的正确使用
焊膏质量包括焊膏中的金属微粉含量、金属粉末的含氧量、粘度、保形性等；焊膏的使用方法要正确，如从低温柜取出焊膏必能直接使用等。
1.3元器件引脚、印制电路板的焊盘质量
包括焊盘和引脚的氧化和污染，或印制板受潮等情况
1.4焊膏的印刷质量
包括印刷位置正确与否、焊膏量的多少、焊锡量是否均匀、焊膏图形是否清晰，有无粘连、印制板表面是否被焊膏粘污等。
1.5回流焊温度曲线
温度曲线是保证焊接质量的关键，实时温度曲线和焊膏温度曲线的升温斜率和峰值温度应基本一致。160℃前的升温速度控制在1~2℃/s。若果升温斜率太大，一方面使元器件及PCB受热太快，易损坏元器件，易造成PCB变形；另一方面，焊膏中的溶剂挥发速度太快，容易溅出金属成份，产生锡珠。峰值温度一般设定在比焊膏金属熔点高30~40℃左右（例如63Sn37Pb焊膏的熔点为183℃，峰值温度应设置在215℃左右），再流时间为30~60s。峰值温度低或再流时间短，会使焊接不充分，严重时会造成焊膏不熔。峰值温度过高或再流时间长，造成金属粉末氧化，影响焊接质量，甚至会损坏元器件和印制板。
2回流焊关键工艺
对于一个成熟的企业或军工单位，原料的供给，如印制板、元器件、焊膏质量，都经过严格的检验，一般不会有什么问题。不考虑设计原因造成的回流焊焊点不足，仅从工艺的角度，锡膏印刷质量和回流焊温度曲线的设定决定了回流焊后焊点的焊接质量。
2.1锡膏印刷
SMT焊接质量问题约70%出自印刷工序，而模板直接影响印刷质量。通常使用的模板材料是铜板或不锈钢板，有相对较小的摩擦系数和较高的弹性。因此在其它条件一定的情况下，用更利于焊膏脱模成型的材料，防止印刷过程中产生焊膏桥连。对引脚中心距为0.635mm以下的细间距元器件的印刷，必须采用不锈钢板。
2.1.1模板厚度
模板厚度如果太薄，锡膏量少，焊点成型不好，机械性能不良；太厚则易引起桥连。一般对于阻容元件和1.27mm间距期间，采用0.20~0.25mm厚度的模板印刷；对于窄间距器件，采用0.10~0.20厚度的模板印刷；如0.64mm间距器件或更小间距器件，通常采用0.20mm厚度的金属模板印刷；0.50mm间距器件采用0.15mm厚度的模板印刷；对于1.27mm和0.50mm窄间距器件混装，可选用0.15mm与0.20mm之间的模板印刷。
2.1.2印刷参数
刮刀的速度和压力决定了焊膏所受的剪切速率和剪切力大小。刮刀压力一定的情况下，将印刷速度调慢，可保持焊膏的黏度基本不变，供给焊膏的时间加长，焊膏量增多，成型较好，其值一般为10mm/s~25mm/s。另外如果模板与印刷板之间存在接触障碍，在刮挤时锡膏就会被挤出焊盘或粘在模板底面，在模板离开时就会产生焊膏塌陷，导致桥连现象。一般模板与PCB的最小间隙≤0.20mm。
2.2回流焊温度曲线：
回流焊的目的是将印刷好的锡膏熔融，将器件的引脚和印制板的焊盘连接起来，最终完成电气功能的导通。
理想的回流焊温度曲线由四个部分或区间组成，前面三个加热区、最后一个冷却区。回流炉的温区越多，越能使温度曲线的轮廓达到更准确和接近设定。大多数锡膏都能用四个基本温区成功回流。
2.2.1预热区
也叫斜坡区，用来将PCB的温度从周围环境温度提升到所需的活性温度。在这个区，产品的温度以不超过每秒2~5℃的速度连续上升，温度升的太快会引起某些缺陷，如陶瓷电容的细微裂纹，而温度上升太慢，锡膏会感温过度，没有足够的时间使PCB达到活性温度。回流炉的预热区一般占整个加热通道长度的25%~33%。
2.2.2活性区
有时也叫保温或浸润区，这个区一般占加热通道的33%~50%，有两个功用，第一是将PCB在相当稳定的温度下感湿，允许不同质量的元件在温度上同质，减少它们的相当温差。第二个功能是，允许助焊剂活性化和挥发性的物质从锡膏中挥发。一般普遍的活性温度范围是120~150℃。
2.2.3回流区
有时也叫做峰值区或最后升温区。这个区的作用是将PCB装配的温度从活性温度提高到所推荐的峰值温度。活性温度总是比合金的熔点温度低一点，而峰值温度总是在熔点上方。典型的峰值温度范围是205~230℃，这个区的温度设定不宜太高，太高会使其温升斜率超过每秒2～5℃，或达到回流峰值温度比推荐的高。这种情况可能引起PCB的过分卷曲、脱层或烧损，并损害元件的完整性。
2.2.4冷却区
理想的冷却区曲线应该是和回流区曲线成镜像关系。越是靠近这种镜像关系，焊点达到固态的结构越紧密，得到焊接点的质量越高，结合完整性越好。冷却率应控制在每秒4℃以内，一般，较快的冷却速率可得到较细的颗粒结构和较高强度与较亮的焊接点。可是，超过每秒4℃会造成温度冲击。
回流焊温度曲线的测试，一般采用能随印制板一同进入回流炉的炉温测试仪进行测试，测试后将数据通过输出接口输入计算机，通过专用测试软件进行曲线数据分析处理，再根据焊膏供应商提供的理想温度曲线对比，调节各温区温度，得到合理的回流焊温度设定。
3总结
回流焊工艺要求严格，任何一个环节的疏忽，都可能造成焊接缺陷。工艺人员应认真理解和总结各工艺过程的知识，制定严格的工艺方案和措施，完善工艺管理，选择合适的印刷锡膏参数，设定合理的回流焊炉温度设定，才能保证最终产品的焊接质量。
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参考文献
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